20151102化工设计-知识点总结资料

20151102化工设计-知识点总结资料第一页，共48页。符合国家的经济政策和技术政策，合理运用国家的财富和资源；工艺上可靠，经济上合理；尽可能吸收最新科技成果，力求技术先进，经济效益更大；不造成环境污染；符合国家工业安全与卫生要求。三、化工设计的要求第一章绪论知识点第二页，共48页。四、化工设计的内容工艺设计；总图设计；设备设计；管路设计土建设计；电气设计；自控设计；给排水设计采暖通风设计；技术经济五、工艺专业的主要设计内容原料路线和技术路线的选择；艺流程设计；物料衡算能量衡算；工艺设备的设计和选型；车间布置设计；化工管道设计；非工艺设计基础数据；编制设计文件第一章绪论知识点第三页，共48页。六、化工生产的特点工艺流程复杂——流程很长，如FeS2→H2SO4操作状态变化大——如我国设计的合成氨工艺流体输送多——管道、输送设备多具有腐蚀性——管道、设备材质有毒——安全卫生易燃、易爆——防爆、电气、自动化非标设备多——反应器、塔等第一章绪论知识点第四页，共48页。七、化工设计的工作程序

一个化工项目从设想到建成投产，分三个阶段：即可行性研究决策阶段、设计阶段、建设阶段。化工设计过程中有项目可行性研究报告、初步设计、施工图设计重要的文本文件。(1)接受委托，参加编制项目建议书；(2)参加厂址选择，编制厂址选择报告；(3)进行技术考察；(4)编制预可行性研究报告；(5)编制可行性研究报告；(6)进行厂址复查；(7)提出建厂区域地质初勘要求；(8)开展初步设计；(9)进行设备及主要材料的采购；(10)提出详勘要求；(11)开展施工图设计；(12)配合现场施工；(13)参加试车、考核；(14)参加竣工验收；(15)工程总结，设计回访；(16)参加项目后评价。第一章绪论知识点第五页，共48页。第一节工艺流程设计概述第二节流程图绘制第三节化工典型设备的自控流程本章主要内容第四节流程的组织和分析第一章工艺流程设计知识点第六页，共48页。1.确定设计过程中的各项内容 a．确定采用哪些工序； b．确定每个工序的具体任务； c．确定设备及操作条件； d.确定控制仪表； e．确定三废治理和综合利用方案； f.确定安全生产措施一、工艺流程设计的任务2.工艺流程图种类

方框流程图工艺流程草(简)图

工艺物料流程图带控制点工艺流程图

管道仪表流程图第一章工艺流程设计第一节概述第七页，共48页。工程设计阶段A版PI图(初版)B版PI图(内审版)C版PI图(用户版)D版PI图(确认版)E版PI图(详1版)F版PI图(详2版)G版PI图(施工版)

详细工程设计阶段PFD(ProcessFlowsheetDiagram)：过程物料流程图PID(ProcessInstrumentDiagram)：带控制点的工艺仪表管道流程图UID(UtilityInstrumentDiagram):公用工程仪表管道流程图UFD(UtilityFlowsheetDiagram):公用工程物料流程图第一章工艺流程设计第一节概述第八页，共48页。设备类型代号设备类型代号设备类型代号贮罐V工业炉S过滤机M塔器T压缩机、风机C称量设备W反应器R泵B火炬F换热器H/E起重设备L工艺设备代号仪表参量代号设备类型代号设备类型代号设备类型代号温度T质量(重量)m(W)厚度δ温差ΔT/TD转速N频率f压力(或真空)P浓度C位移S压差ΔP/PD密度(相对密度)γ长度

L重量(或体积)流量G/F分析A热量Q液位(或料位)H湿度φ氢离子浓度pH指示I记录R控制C第一章工艺流程设计第二节工艺流程图第九页，共48页。符号符号意义符号意义就地安装集中安装无弹簧气动阀电动执行机构活塞执行机构有弹簧气动阀带定器气动阀电磁执行机构变送器孔板流量计转子流量计功能代号功能代号功能代号指示Z/I积算S联锁L记录J/R信号X变送B调节T

手动遥控K控制C仪表功能代号仪表图形符号第一章工艺流程设计第二节工艺流程图第十页，共48页。（5）设备位号编制为:

位号应标注在设备内或附近空白处（如能表示清楚，则可不加引出线），位号和名称用粗实线分开，位号写在上面如：（6）设备位号应与初步设计一致，若施工图设计中设备有所增加，则位号应按顺序增补，如有取消，原有设备位号不再使用。二、图画的绘制要求R

1

01

A设备分类代号车间或工段代号设备顺序号相同设备尾号第一章工艺流程设计第二节工艺流程图第十一页，共48页。一、泵的流量自控(1)离心泵（a）直接节流法优点：简单易行，普遍采用。缺点：能耗大。限制：不适宜于正常流量低于额定流量30%以下的场合。（b）旁路调节优点：调节阀直径小，可用于小流量调节。缺点：使泵的总效率降低。（c）调节电机转速——采用变频电机第一章工艺流程设计第二节工艺流程图第十二页，共48页。一、泵的流量自控(1)离心泵设有分支路的泵第一章工艺流程设计第三节化工典型设备的自控流程第十三页，共48页。二、换热器的温度自控(1)调节换热介质流量(2)调节传热面积(3)分流调节用流体1的流量作调节参数来控制流体2的出口温度最常用的调节方案流体1的流量必须允许改变a)调节换热介质流量第一章工艺流程设计第三节化工典型设备的自控流程第十四页，共48页。二、换热器的温度自控(2)调节传热面积适用于冷凝器，调节阀装在凝液管路上液体1的温度高于给定值时，调节阀关小使凝液积聚，有效冷凝面减小，传热量随之减小，直至平衡为止，反之亦然。该方案滞后大需要较大的传热面积余量可防局部过热，有利于热敏性介质第一章工艺流程设计第三节化工典型设备的自控流程第十五页，共48页。二、换热器的温度自控(3)分流调节—冷热流体流量均不变当换热器的两股流体的流量都不允许改变时，可用其中一股流体分走旁路的办法来调节温度，三通阀可装载换热器的进口处，而且还要有较大的传热面积余量。调节迅速传热面要有余量第一章工艺流程设计第三节化工典型设备的自控流程第十六页，共48页。(1)蒸馏塔的基本控制方案a．按精馏段指标控制取精馏段某点成分或温度为被调参数，而回流量LR、馏出液量D或塔内蒸汽量VS作为调节参数。适合于馏出液的纯度要求较高的情况三、蒸馏塔的控制方案第一章工艺流程设计第三节化工典型设备的自控流程第十七页，共48页。方案A：根据塔板温度控制LR，VS流量恒定。方案B：回流比很大时，一般用精馏段塔板温度控制D，保持VS流量恒定。

在LR、D、VS及B四个变量中，选择一个作为控制成分的手段，选择另一个保持流量恒定，其余两个按回流罐和再沸器的液位调节器进行调节。(1)蒸馏塔的基本控制方案a．按精馏段指标控制三、蒸馏塔的控制方案第一章工艺流程设计第三节化工典型设备的自控流程第十八页，共48页。三、蒸馏塔的基本控制方案b.按提馏段指标控制——适合于釜液的纯度要求较高的情况方案A：用提馏段塔板温度控制加热蒸汽量，控制VS，保持LR恒定，D和B都按物料平衡关系，由液位调节器控制。目前应用最多的方案。方案B：用提馏段塔板温度控制釜液流量B，保持LR恒定，D由回流罐的液位调节，蒸汽量由再沸器的液位调节。该方案当B较小时比较平稳。第一章工艺流程设计第三节化工典型设备的自控流程第十九页，共48页。一、总流程是各个单元操作过程的合理组合(1)化学物质的分配(2)混合物的分离考虑：操作压力、冷却剂、稳定性(3)温度、压力和相的变化(4)选择适当的设备第一章工艺流程设计第四节流程的组织与分析第二十页，共48页。1.多组分蒸馏的流程方案四组分--5种方案直接顺序流程二、蒸馏过程流程的组织和分析间接顺序流程第一章工艺流程设计第四节流程的组织与分析第二十一页，共48页。多组分溶液蒸馏可能的方案数组分数2345678910塔数123456789方案数1251442132429143048621.多组分蒸馏的流程方案二、蒸馏过程流程的组织和分析好的方案要求：设备投资少、操作费用低、安全性好、产品质量稳定第一章工艺流程设计第四节流程的组织与分析第二十二页，共48页。直接顺序流程和间接顺序流程相比，选直接顺序流程采用等摩尔分割或采用CES高的方案最难分离的物质放在最后分离首先除去含量最大的组分除去强腐蚀性的组分尽早把易分解或易聚合的组分分离出去尽早除去易燃易爆等影响安全生产的组分尽早除去在操作条件下不易被液化的组分当要求产品纯度很高时，一般应在蒸馏流程中安排在塔顶得到产品二、蒸馏过程流程的组织原则CES=f×Δ第一章工艺流程设计第四节流程的组织与分析第二十三页，共48页。例：烃类热裂解产物的组成如表所示：要求采用蒸馏方法将此混合物分离为6个产品：氢-甲烷、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷和重组分。试确定蒸馏的流程方案组分摩尔流量,mol/h正常沸点,℃与上一馏分的温度差,ΔtA氢18-253B甲烷5-16192C乙烯24-10457D乙烷15-8816E丙烯14-4840F丙烷6-426G重组分8-141第一章工艺流程设计第四节流程的组织与分析第二十四页，共48页。组分摩尔流量，mol/h正常沸点,℃与上一馏分的温度差,ΔtA氢18-253B甲烷5-16192C乙烯24-10457D乙烷15-8816E丙烯14-4840F丙烷6-426G重组分8-141（1）尽早除去在操作条件下不易被液化的组分。即先除去AB（即甲烷和氢）。（2）C和D（乙烯和乙烷）、E和F（丙烯和丙烷）两对组分的沸点差最小，分别为16℃和6℃都很难分离，最难分离的放到最后分离。分析过程：第一章工艺流程设计第四节流程的组织与分析第二十五页，共48页。（3）CD-EFG：CDEF-G：CD-EFG方案的CES值大，选择CD-EFG方案。第一章工艺流程设计第四节流程的组织与分析第二十六页，共48页。ABCDEFGABCDEFGCDEFGCDEFGEF第一章工艺流程设计第四节流程的组织与分析第二十七页，共48页。第一节设计的主要内容第二节泵的选用第三节换热设备的设计和选用本章主要内容第四节贮罐的选型和设计第二章化工设备设计第五节塔器的设计第六节反应器的设计第二十八页，共48页。工作内容：(1)确定化工单元操作所用设备的类型；(2)确定设备的材质；(3)确定设备的设计参数；(4)确定标准设备(即定型设备)的型号或牌号，并确定台数；(5)对已有标准图纸的设备，确定标准图的图号和型号；(6)对非标准设备，提设计要求和设备草图；(7)编制工艺设备一览表；(8)当工艺设备的施工图纸完成后，与化工设备的专业设计人员进行会签。第二章化工设备设计第一节设计内容第二十九页，共48页。泵：流量、扬程、轴功率、允许吸上高度换热器：热负荷、换热面积、热载体的种类、冷热流体的流量、温度和压力风机：风量和风压吸收塔：气体的流量、组成、压力和温度，吸收剂的种类、流量、温度和压力，塔径、筒体的材质、塔板的材质、塔板的类型和板数（板式塔），填料种类、规格、填料总高度、每段填料的高度和段数（填料塔）蒸馏塔、反应器第二章化工设备设计第一节设计内容第三十页，共48页。化工设备选用和设计的一般原则1.合理性：设备满足一般工艺要求，与工艺流程、生产规模、操作条件、工艺控制水平相适应；

2.先进性：运转可靠、自控水平、生产能力、转化率、收率、效率尽可能达到先进水平；

3.安全性：安全可靠、操作稳定、弹性好、无事故隐患；

4.经济性：投资省、运行费用低，加工、维修方便；

5.系统性：化工过程是一个完整的系统，设备设计时不能仅关注单一设备，避免因个别设备妨碍整个系统优化；注重经济性的同时，还应通盘考虑，保留适当裕量，以免在日后扩产和工艺调整时成为系统“瓶颈”第二章化工设备设计第一节设计内容第三十一页，共48页。化工设备所用材质的种类金属非金属黑色金属有色金属：铜、铝、铅、钛及合金等铸铁：球墨铸铁、高硅铸铁碳素钢：普通、优质、高级碳素钢合金钢：普通合金钢、不锈钢、特种钢橡胶管、塑料管、玻璃管石墨管、陶瓷管复合材料：搪玻璃、玻璃钢

材料种类第二章化工设备设计第一节设计内容第三十二页，共48页。一、对化工用泵的要求一般要求：操作方便、运行可靠、性能良好和维修方便特殊要求：(1)输送易燃、易爆、易挥发、有毒和有腐蚀性及贵重的介质时，要求密封性能可靠，只能微漏甚至完全无泄漏。因此应采用磁力驱动泵或屏蔽泵。(2)输送腐蚀性介质时，应选用耐腐蚀泵。

(3)输送易气化液体：输送易气化液体应选用低温泵。易气化液体的特点：泵入口压力高、气化压力随温度变化非常显著、对泵的轴封要求高。(4)输送粘性液体要根据粘度的大小选泵。第二章化工设备设计第二节泵的选用第三十三页，共48页。一、对化工用泵的要求特殊要求：(5)输送含气液体；(6)输送含固体颗粒的液体；(7)输送高温介质时可考虑选用热油泵。(8)要求高吸入性能时，选用允许汽蚀余量小的泵，如液态烃泵、双吸式离心泵。(9)要求低流量、高扬程时，可选用多级泵、筒形泵；旋涡泵与普通离心泵相比，旋涡泵适合于流量小、扬程高的场合。(10)当打液量精度要求高时，可用计量泵。H，η

降低，校核，固含量要求~60%；第二章化工设备设计第二节泵的选用第三十四页，共48页。二、泵型式的确定(1)被输送物料的基本性质：相态、温度、粘度、挥发性、毒性、腐蚀性、爆炸极限大小；(2)生产的工艺过程，动力，环境和安全要求等条件；(3)悬浮液宜用泥浆泵或膈膜泵；(4)液体中夹带或溶有气体时应选用容积式泵；(5)粘度大的液体、胶体或膏糊料可用往复泵，最好选用齿轮泵、螺杆泵；(6)输送腐蚀性介质时用各种耐腐蚀材料制造或带衬里的耐腐蚀泵；(7)输送昂贵的液体、剧毒的液体应选用完全不泄漏、无轴封的屏蔽泵和磁力泵；第二章化工设备设计第二节泵的选用第三十五页，共48页。(8)工艺上要求的打液量精度高时宜选用计量泵；(9)要求大流量、高压头时宜选用往复泵；(10)要求流量小而压头高、液体又无悬浮物且粘度不高的情况，选用旋涡泵或多级离心泵；(11)有电源的条件下选用电动泵；无电源或电力紧张而有蒸汽供应时可选用蒸汽往复泵；(12)输送易燃易爆的液体时选用蒸汽往复泵或水喷射泵、蒸汽喷射泵是很安全的；若采用电动泵输送易燃易爆液体，则必须配用防爆电机。二、泵型式的确定第二章化工设备设计第二节泵的选用第三十六页，共48页。一、换热器的分类传热的三种基本方式：热传导、热对流、热辐射换热器结构：混合式换热器、蓄热式换热器、间壁式换热器第二章化工设备设计第三节换热器的设计和选用第三十七页，共48页。一、换热设备设计和选用的一般原则1.符合规定的工艺操作条件介质流程、流速、终端温差、压降、传热系数、污垢系数。换热器两端冷热流体温差的取值(1)换热器两端冷、热流体温差应在20℃以上。(2)用水或其他冷却介质时，冷端温差可以小些，但不要低于5℃。(3)冷凝含有惰性气体的流体时，冷却剂出口温度至少比冷凝液的露点低5℃。(4)空冷器，冷、热流体温差应大于15℃，最好大于20～25℃。(5)用水为冷却剂时，冷却水进、出口温度差一般取5～10℃，缺水地区用比较大的差，而水源丰富地区用比较小的温差。第二章化工设备设计第三节换热器的设计和选用第三十八页，共48页。球罐优点球形容器与圆筒形容器相比，所具有的特点：

1）球罐的表面积小，即在相同容量下球罐所需钢材面积小。

2）球罐受力均匀，且在相同的直径和工作压力下，其薄膜应力为圆筒形容器的1／2，故板厚仅为圆筒形容器的1／2。

3）球罐占地面积小，有利于表面积的利用。

4）由于球罐的风力系数低，约为0.3，而圆筒形容器约为0.7左右，因此对于风载荷来说，球罐比圆筒形容器安全得多。

因此，球罐具有占地面积少、壁厚薄、质量轻、用材少、造价低等优点。第二章化工设备设计第四节贮罐的选型和设计第三十九页，共48页。二、塔型的选择塔径大小的因素：大塔宜用板式塔而小塔宜用填料塔。

造价经济性；液体分布状态2.板式塔可适应比较小的液体流量，若此条件下用填料塔则易导致填料润湿不足。3.处理有腐蚀性的物料时，宜用填料塔。4.热敏性物料的蒸馏宜用填料塔。5.填料塔适于处理易发泡的液体，因填料能起到破碎泡沫的作用。6.含有固体颗粒的物系，宜选用液流通过量较大的板式塔。7.产生大量溶解热或反应热的物系，一般应采用板式塔。第二章化工设备设计第五节塔器的设计第四十页，共48页。8.液膜控制的过程宜使用板式塔，气膜控制的过程宜用填料塔。

在板式塔中，气体在液层内鼓泡上升，加剧液相的湍动程度，这种方式有利于处理液相阻力为主的系统；在填料塔中的气、液流动情况，气体的流通通道不规则，有利于减小气膜的阻力，故适于气膜控制的系统。9.对操作弹性要求较高的系统，宜采用浮阀塔或其他浮动型塔板的板式塔，其次是泡罩塔。10.如果工艺上要求侧线出料宜选用板式塔。11.如果设备的重量是关键因素，宜选用板式塔。但采用塑料填料时，填料塔的重量也不大。12.要求液体在塔内停留时间短的吸收过程可选用充填滞液量小的填料的填料塔，反之，要求液体在塔内停留时间长的过程，可采用板式塔或充填滞液大的填料的填料塔。第二章化工设备设计第五节塔器的设计第四十一页，共48页。固定床催化反应器的设计多段绝热式固定床反应器(a)间接换热式；(b)原料气冷激式；(c)非原料气冷激式第二章化工设备设计第六节反应器的设计第四十二页，共48页。第一节概述第二节厂房的整体布置第三节车间